Debido al "Triángulo Imposible", la descentralización, la seguridad y la escalabilidad solo se pueden lograr en dos de los tres en la industria de la cadena de bloques. Bitcoin, la criptomoneda original, pone el listón extremadamente alto en cuanto a descentralización y seguridad, pero se queda corto en términos de escalabilidad. Para la red Bitcoin:

Transacciones por segundo (TPS) = Número de transacciones por bloque / Tiempo de bloque

Transacciones por bloque = Tamaño de bloque / Tamaño de transacción promedio

Actualmente, la red Bitcoin tiene un tamaño de bloque de 1 Mb y el tiempo de bloque es de unos 10 minutos, y si el tamaño medio de transacción es de 0,25 kb, entonces un bloque contiene unas 4000 transacciones. Entonces, el TPS calculado es de aproximadamente 7, lo que significa que solo se pueden procesar 7 transacciones por segundo, lo que obviamente no satisface la demanda de rápido crecimiento.

Para resolver el problema de escalabilidad de Bitcoin, se han propuesto varias soluciones, las básicas se pueden dividir en dos tipos de esquemas de escalado de Capa 1 y Capa 2

Solución de escalado de capa 1: Fork y SegWit

La capa 1 se refiere a la propia cadena de bloques de Bitcoin, mientras que la solución de escalado de la capa 1 se refiere a modificar la naturaleza de la propia cadena de bloques para aumentar su TPS. De acuerdo con la fórmula, TPS = tamaño del bloque / (tiempo del bloque * tamaño promedio de la transacción), aumentar el tamaño del bloque, reducir el tiempo del bloque y comprimir el tamaño de la transacción puede mejorar el TPS de Bitcoin. Sin embargo, debido a las limitaciones de la velocidad de transferencia de datos en el mundo físico, reducir el tiempo de bloqueo reducirá la seguridad del sistema. Es por eso que aumentar el tamaño del bloque y comprimir el tamaño de la transacción son los dos métodos considerados principalmente.

Bifurcación de Bitcoin: aumento del tamaño del bloque

Podría decirse que "ampliar" es la forma más obvia de aumentar el TPS de Bitcoin.

Históricamente, la demanda de bloques ha resultado en dos bifurcaciones principales en Bitcoin, lo que ha dado como resultado dos nuevas cadenas de bloques y tokens, BCH y BCHSV. La bifurcación consiste esencialmente en duplicar una copia del código central de Bitcoin y cambiar partes de él para optimizar el rendimiento según sea necesario, pero aún hay pros y contras de este enfoque que deben sopesarse.

Bifurcación de Bitcoin debido al desacuerdo de la comunidad sobre la dirección futura

Debido a que Bitcoin es una cadena de bloques de código abierto, es desarrollada por una comunidad de personas con ideas afines. Cuando los miembros de la comunidad de Bitcoin no están de acuerdo sobre la dirección futura de Bitcoin, puede ocurrir una bifurcación.

Algunos miembros de la comunidad, por ejemplo, pueden desear aumentar el tamaño del bloque de Bitcoin para mejorar la escalabilidad y reducir los tiempos de espera y los costos de las transacciones. Otros miembros pueden creer que se debe mantener el tamaño del bloque original para garantizar la seguridad de la red, o pueden tener puntos de vista diferentes sobre el acuerdo de consenso de Bitcoin por razones técnicas... Tales diferencias de opinión pueden dar lugar a una bifurcación.

BCH se bifurcó en 2017 y BCHSV se bifurcó en 2018 según BCH

En agosto de 2017, algunos mineros a favor de un tamaño de bloque más grande agruparon su poder de cómputo y bifurcaron la cadena de bloques de Bitcoin, creando BCH (Bitcoin Cash) y aumentando el tamaño del bloque a 8Mb. En noviembre de 2018, bajo la influencia de miembros radicales de la comunidad BCH, BCHSV se bifurcó para apoyar el llamado "megabloque" o incluso "bloqueo ilimitado".

El tamaño del bloque aumenta el umbral del nodo, no se puede garantizar la seguridad después de la bifurcación

Sin embargo, hay muchos problemas con simplemente aumentar el tamaño del bloque. A medida que aumenta el tamaño de un solo bloque, la carga de hardware en un solo nodo crece significativamente, y los nodos que no pueden pagar el hardware asociado se retirarán gradualmente de la red. Además, el tamaño del bloque aumenta mientras que la velocidad de transferencia de datos entre nodos y la capacidad de procesamiento de datos de los nodos apenas mejoran, lo que amenazará la seguridad y estabilidad del sistema Bitcoin. Por lo tanto, la solución de expansión de tamaño de bloque en realidad tiene el costo de la descentralización y la seguridad.

Testigo segregado (SegWit): mensajes de transacción separados para comprimir el tamaño de los datos

Cuando se diseñó Bitcoin por primera vez, Satoshi Nakamoto limitó el tamaño del bloque que contenía las transacciones a 1 Mb, donde los datos de la transacción contienen tanto la información básica sobre la transacción como la información de la firma de los comerciantes. La tecnología SegWit, por otro lado, aumenta la cantidad de transacciones que se pueden contener en un bloque en aproximadamente un 40 % al separar las firmas escritas de la información de la transacción y almacenarlas en el encabezado del bloque, sin violar las reglas de auditoría del bloque.

Reflejadas en las direcciones de Bitcoin, aquellas que comienzan con caracteres como 3 o bc son direcciones de billetera habilitadas para Segwit, mientras que las direcciones que comienzan con el número 1 son direcciones más antiguas.

Una verificación en Blockchain.com de los bloques acuñados recientemente muestra que la mayoría de los bloques nuevos vienen con tecnología Segwit. Gracias a Segwit, el tamaño real de estos bloques supera 1Mb. Además, el 14 de noviembre de 2021, la red Bitcoin también presionó para obtener más actualizaciones de Taproot además de SegWit, mejorando aún más la estabilidad, la seguridad y la privacidad de la red.

Escalado de capa 2: Lightning Network

El escalado de Layer2 también se conoce como escalado fuera de la cadena, que es una solución de rendimiento que escala fuera de la red principal para mejorar la velocidad de procesamiento de transacciones y la eficiencia de la red Bitcoin mediante la creación de otra capa de la red.

Las soluciones comunes de Layer2 incluyen Side Chain, Plasma, State Channels, Rollup, etc. Para Bitcoin, la solución de Capa 2 más destacada es Lightning Network, que se creó en 2015.

Red relámpago

Bitcoin Lightning Network es un sistema de pago descentralizado que tiene como objetivo hacer que las transacciones de bitcoin sean más rápidas, seguras y rentables. Las transacciones en la red Bitcoin pueden ser lentas porque deben ser confirmadas por varios nodos antes de registrarse en la cadena de bloques.

Lightning Network se creó para abordar estos problemas.

Integración de canales de pago entre múltiples usuarios y agregación de mensajes de transacciones para publicar en la red principal

Lightning Network esencialmente establece canales de pago entre dos usuarios, lo que permite transacciones fuera de la cadena (generalmente pagos pequeños), lo que alivia la demanda de transacciones de la red principal y permite que las transacciones se procesen más rápidamente. Los nodos de Lightning Network pueden conectar canales de pago entre múltiples usuarios antes de consolidar toda la información del canal en una sola transacción y enviarla a la red principal de Bitcoin para un registro permanente.

Como resultado, solo la primera y la última transacción en un canal de pago son válidas en la cadena de bloques de Bitcoin; todas las demás transacciones entre las dos partes están fuera de la cadena.

Para construir el canal de pago, ambas partes deben enviar una cierta cantidad de bitcoins, que también se almacenarán en la cadena de bloques de bitcoin hasta que el canal se desactive o cierre. La cantidad total de bitcoins que ambas partes pueden intercambiar en este canal de pago no puede exceder la cantidad de bitcoins enviados, pero se puede realizar una cantidad ilimitada de transacciones sin cargos.

Preocupaciones sobre Lightning Network: la velocidad aún está limitada por la red principal, la seguridad del nodo y un umbral alto para su uso

Lightning Network parece ser una buena solución para el problema de escalabilidad de Bitcoin a primera vista. Todavía no ha sido ampliamente adoptado y tiene las siguientes limitaciones:

La velocidad aún está limitada por el rendimiento de la red principal: la velocidad de transacción de Lightning Network aún está limitada por el rendimiento de la red principal, con una velocidad de transacción máxima de solo unas pocas docenas de transacciones por segundo.

Preocupaciones sobre la seguridad: dado que Lightning Network está descentralizado, su seguridad depende de la seguridad de cada nodo. Si hay una brecha de seguridad en un nodo, toda la Lightning Network puede verse afectada.

Dificultad de uso: Lightning Network aún es difícil de usar.

Reflejos

• Bitcoin es relativamente descentralizado y seguro debido al mecanismo de consenso PoW; sin embargo, su principal debilidad es la falta de escalabilidad, con una tasa de transacción promedio de 7 transacciones por segundo. Para resolver este problema, hay algunas ideas, como cambiar directamente el código central de Bitcoin y mejorar la red Lightning al confiar en la red principal.
• Las dos bifurcaciones de Bitcoin, BCH y BCHSV, han aumentado el tamaño del bloque y la velocidad de transacción, pero con un mayor tamaño del bloque, los requisitos de hardware del nodo aumentarán, lo que afectará el grado de descentralización y la complejidad de los datos afectará la seguridad. Entonces, la bifurcación todavía está sacrificando la descentralización y la seguridad.
• Segwit reduce el tamaño de los datos al separar las firmas y la mayoría de los nodos de Bitcoin han adoptado esta tecnología.
• Para acelerar las transacciones, Lightning Network crea canales de pago entre cuentas que consolidan múltiples mensajes de transacciones antes de publicarlos en la cadena principal. Pero el desarrollo y la seguridad de la red principal, de los nodos participantes y el alto umbral de uso siguen limitando la velocidad.